厚度规格和热轧工艺对热轧X70M管线钢DWTT的影响

热轧X70M及以上管线钢具有更高的强度和优异的低温韧性,是长距离输送油气的主要钢种。落锤撕裂试验采用全壁厚试样,比夏比冲击试验更能反映钢管的断裂情况,被广泛用于评价管线钢的抗脆性断裂能力。本文介绍了DWTT的检测评价方法,分析了厚度规格和热轧工艺对X70M管线钢DWTT的影响。研究表明:在相同工艺条件下,随热轧厚度增加,DWTT剪切面积比呈降低趋势,韧脆转变温度升高,对于剪切面积比≥85%的临界温度,10.8 mm厚度规格约在-38℃;X70M组织主要由针状铁素体、少量多边形铁素体、贝氏体组成,可以有效阻止裂纹扩展,有利于落锤撕裂韧性能;晶粒度一般为11级以上;在相同成分体系条件下,降低卷取温度可以细化晶粒,提高韧性。对于15.5 mm厚度规格开展不同的热轧对比工艺对比试验,其中-10℃试验条件下,低温卷取(480~510℃)DWTT剪切面积比平均97%,优于高温卷取(540~570℃)DWTT剪切面积80.5%。

机器视觉技术在评定DWTT试样断口中的应用

结合管线钢DWTT试样断口剪切面积分数pSA指标的评定步骤与要求,介绍了机器视觉识别与图像测量分析技术的实践应用。其中有效净截面的确定,大画幅、大景深、高分辨率成像系统以及Gabor滤波器-聚类分析图像处理技术是机器视觉技术的关键。实际应用结果表明:采用机器视觉自动图像测量技术,可显著提高pSA指标的评测效率和结果的可重复性。

X70厚壁海管DWTT减薄试样与全壁厚试样的对比分析

使用常规落锤试验机与大能量摆锤冲击试验机两种机型,对准762 mm×31.8 mm X70MO直缝埋弧焊厚壁海管进行了DWTT减薄试样(单面减薄及双面减薄)与全壁厚试样系列温度试验,利用Boltzmann函数对试验数据进行了拟合,得出了试验温度与断口剪切面积的关系曲线,确定了减薄试样与全壁厚试样的韧脆转变温度,对其进行了对比分析。结果验证了厚壁钢管使用减薄试样时,应降低相应的试验温度;同时得出在相同试验温度下,单面减薄试样的试验结果优于双面减薄试样(壁厚中心试样)等结论,并提出了相关建议,希望对以后的试验研究有借鉴作用。

成分对管线钢DWTT性能的影响

系统分析X70、X80管线钢中的C、Mn等基本元素,以及微合金化元素Nb、V、Ti、Al,其他合金元素Cu、Ni、Cr、Mo和夹杂元素P、S、H、N、O、Si等对于X70、X80管线钢落锤动态撕裂试验(Drop weight tear test,DWTT)性能的影响,通过趋势性回归,找出各种元素影响DWTT韧性剪切面积的规律。分析表明,要得到良好的DWTT韧性剪切面积(在85%以上),各元素合理控制范围w_C≤0.075%,w_(Mn)≤1.80%,w_(Nb)≤0.08%,w_V≤0.05%,w_(Ti)≤0.015%,w_(Cu)≤0.2%,w_(Cr)≤0.3%,w_(Mo)≤0.3%,w_H≤2×10-4%,w_O≤30×10^(-4)%,w_N≤60×10^(-4)%,w_P≤0.013%,w_S≤0.002%。在实践生产中提出最经济、最优化的生产管线钢的成分方案,对我国钢厂和石油公司在管道设计时具有积极的指导意义。

试样厚度及落锤试验方式对X70 DWTT性能影响的研究

为了研究试样厚度及落锤试验方式对X70 DWTT性能影响,分析了不同厚度DWTT试样在不同试验温度下剪切面积的变化规律,对比了落锤试验机和摆锤试验机两种不同试验方式下原壁厚及减薄试样剪切面积随温度的变化规律。结果表明:随着试样减薄,DWTT的韧脆转变温度也随之下降,而且对于评价合格有利;当试样厚度达到26 mm以上或18 mm以下时,厚度效应不十分明显,温度效应大于厚度效应;摆锤试验和落锤试验对于30 mm的原壁厚试样DWTT剪切面积无明显影响,但对于19 mm的减薄试样,摆锤试验的韧脆转变温度高于落锤试验,影响较为明显。

显微组织对厚规格高强度管线钢DWTT性能的影响

以厚规格X80管线钢为试验对象,通过落锤撕裂试验和显微组织观察,研究了组织中多边形铁素体的含量和晶粒大小对DWTT性能的影响。结果表明,随着多边形铁素体体积含量的增加,DWTT的性能指标-断口剪切面积百分比呈先上升后下降的变化规律,且在多边形铁素体含量接近30%时达到峰值。当组织中多边形铁素体含量较多;超过40%以后,多边形铁素体的晶粒大小对DWTT性能有较大影响,晶粒尺寸小的DWTT性能明显较好。

提高管线钢DWTT断口剪切面积的途径

落锤撕裂试验(DWTT)被广泛用于评价管线钢的抗脆性断裂能力。因为异常断口的出现,使API RP 5L3标准的应用遇到一定的困难。首先评述了分层裂纹与异常断口的特点、成因以及异常断口改进的评判方法。随后,分析了提高DWTT性能所采用的成分设计、控轧控冷工艺等技术方案及其内在理论依据,并给出了提高管线钢DWTT断口剪切面积的若干建议。

一种拍摄DWTT试样断口剪切面积测量用照片的方法

针对落锤撕裂试验(DWTT)试样断口形貌特征,采用合适的照明和借助配有60mm微距镜头的普通数码照相机,通过对断口照片垂直景深和三维尺寸变形情况等进行分析,得出了一种获取三维尺寸变形小且图像清晰的DWTT试样断口数码照片拍摄方法。采用该方法摄取的照片,可使定量法能够更精确地测量DWTT试样断口剪切面积。

高钢级大壁厚管线钢管DWTT影响因素探讨

介绍了国内管线钢管生产中落锤撕裂试验(DWTT)常用的标准。对于大壁厚管线钢管的DWTT,可采用全壁厚试样和规定尺寸的减薄试样来进行。从韧脆转变温度、断口剪切面积评判方法和减薄试样加工方法几个方面探讨了高钢级大壁厚管线钢DWTT的影响因素。提出了建议:采用减薄试样DWTT时,应避开材料的韧脆转变温度进行试验;采用单面减薄和双面减薄试样DWTT时,应在标准中明确试样的加工方法;另外,应对不同钢级减薄试样降低相同温度的试验结果进行相应的系数修正。

吉林建龙提高管线用L360M钢卷DWTT断口剪切面积的研究

为了提高管线用L360M钢卷落锤撕裂试验(以下简称DWTT)断口剪切面积,深入研究了化学成分、显微组织和力学性能对DWTT断口剪切面积的影响,研究发现较高的钢水纯净度、合理的成分设计、较高的冷却速率及均匀细化的显微组织是提高DWTT断口剪切面积的关键,微合金强化对形变奥氏体再结晶起到抑制作用,钙处理提高钢水洁净度,连铸机动态轻压下改善铸坯中心偏析、中心疏松、中间裂纹,提高板坯的组织均匀性,提高冷却速率,从而提高强度、韧性、成形性,结果表明,通过上述生产工艺的研究开发,使管线用L360M钢卷DWTT断口剪切面积百分比均值达到99.2%,优于标准要求≥85%。。

管线钢落锤撕裂试验厚度效应试验研究

通过不同壁厚试样落锤撕裂试验(DWTT)研究,指出壁厚对于试验断口剪切面积影响符合Z形曲线规律,随着壁厚的增加,管材韧性降低。在大壁厚和小壁厚范围内,厚度对剪切面积影响较小,剪切面积百分比呈现上下平台。韧脆转变温度随试样壁厚的变化规律服从反Z形曲线规律,随着壁厚的增加,韧脆转变温度逐渐升高,在大壁厚和小壁厚范围内,也存在类似的上下平台区。进一步的分析结果表明,随着温度的降低,剪切面积百分比随试样厚度转变曲线逐渐下降,转变曲线上下两个平台之间的过渡段也逐渐变短。在低温和常温下,厚度对材料韧脆转变的影响较小。低温和常温之间的温度,厚度效应更加明显。

输送钢管落锤撕裂试验标准的探讨

根据具体试验工作中遇到的问题,对当前输送钢管落锤撕裂试验常使用的API RP5L3:1996及SY/T6476—2000试验标准提出了几点探讨性看法,剪切面积(SA)大于45%和小于45%的试样测量方法不同,所测得的SA值有一定误差;对于SY/T6476—2000试验标准,采用全壁厚试样和壁厚减薄试样所用的SA计算公式不同。因此,在实际试验时,应充分合理考虑这些因素。

2016—2017年以来我国焊管产业的运行情况及技术进步

回顾了2016—2017年我国焊管行业的产业形势,主要表现为:焊管产量停滞不前、产能过剩与市场需求的矛盾更加突出、焊管出口呈现低位持平和下降趋势。重点介绍了2016年以来我国管道行业的重大技术进步,包括焊管信息化和自动化的进展,管线钢DWTT剪切面积和屈强比控制技术的进展,以及输气管道断裂控制、输气管道设计系数提高、X80钢级Ф1 422 mm管道应用、X90超高强度管线钢管开发等第三代大输量天然气管道关键技术研究取得的进步。最后指出,我国焊管发展经过多年高速增长后已进入平台期,但油气输送管道仍有较大发展空间,随着中俄原油管线、陕京天然气四线、中俄天然气管道东线等长输管线建设逐步恢复,焊管市场形势将会逐步好转。

落锤撕裂试验与大能量摆锤冲击试验的对比与分析

采用X70管线钢,对不同壁厚的落锤试样分别进行落锤试验和大能量摆锤冲击试验。对这两种试验方法结果进行对比,研究两种试验方法的剪切面积是否一致,以及剪切面积与吸收能量之间的关系。结果表明,两种试验的试样剪切面积基本一致;对大能量摆锤试样,剪切面积与吸收能量之间存在一定的关系,吸收能量随着剪切面积的增加而提高,其具体的关系还需要经过大量的试验才能建立数学模型;对不同厚度的大能量摆锤冲击试样,其吸收能量的比值与厚度的比值不一致。

40 mm以上厚度X80级管线钢板的研究与开发

兴澄特钢在前期成功研发33mm厚度X80级管线钢板的基础上,利用多年的技术积累,通过成分和工艺设计,成功开发出厚度40mm以上X80级管线钢板,应用于Φ1219mm规格管道工程,X80级管线钢板的-10℃全厚度低温落锤撕裂剪切面积率达到85%以上,且钢板沿厚度方向依然具有较均匀的组织和性能,满足客户各项性能要求。

DWTT异常断口浅析

利用体视显微镜(SM)、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对DWTT典型异常断口进行了研究,探讨了裂纹的扩展机制。结果表明,试样采用压制缺口导致撕裂面多点起裂,裂纹传播过程中发生止裂和重新起动;异常断口的形成由裂纹的止裂和重新起裂导致,同时受到锤头打击塑性变形区的影响,与产品厚度和钢级无显著相关性。

33mm壁厚X80管线钢板的低温落锤撕裂研究

以壁厚为33 mm的X80管线钢板为研究对象,结合X80成分设计,在其他工艺参数不变的情况下,采用不同的未再结晶区坯料厚度进行轧制33 mm壁厚X80试验,随后对获得的钢板进行性能分析,并采用电子显微镜进行组织观测。结果表明,适当增加未再结晶区坯料厚度(即精轧阶段的开轧坯料厚度),有利于细化铁素体晶粒,提高X80管线钢板DWTT低温落锤剪切面积率和冲击韧性。

30.2 mm厚规格X80M钢板的研制与开发

为满足管线钢向高等级、大壁厚发展的需求,日钢营口中板有限公司成功开发并试制了30.2 mm厚规格X80M钢板。结果表明:通过严格控制C含量,加入Mo、Cu、Ni等合金元素,冶炼低P、S、H、O、N的洁净钢,充分发挥350 mm特厚连铸机和5 000 mm宽厚板轧机装备能力,粗轧采用少道次、大压下轧制,精轧采用大中间坯策略保证两阶段总压下率,轧后进行UFC超快冷,成功开发了30.2 mm厚规格X80M钢板;钢板性能均匀,屈服强度R_(t0.5)为572.5~607.5 MPa,抗拉强度R_(m)为685.0~735.0 MPa,伸长率A_(50)为43%~48%,屈强比R_(t0.5)/R_(m)为0.81~0.87,-20℃冲击功为280~350 J,-10℃DWTT剪切面积为88%~93%,超声波探伤满足ISO 10893-9 U1级要求;钢板金相组织以针状铁素体为主,含有少量准多边形铁素体和粒状贝氏体,M/A岛及富碳组织弥散分布在针状铁素体之间,组织均匀,晶粒度为11级,带状组织为0级。所开发的30.2 mm厚规格X80M钢板的各项组织、力学性能指标均满足标准及客户使用要求,具备良好的市场竞争力。